启动“流浪地球”计划的原因,恒星的最终结局是什么
在电影“流浪地球”中,太阳不断膨胀,最终将会大到吞噬地球公转的轨道,人类迫不得已,只能开启流浪地球计划,推动地球远离太阳,寻找新的宜居地。
你可能会好奇,现实中太阳是否真的如电影情节会发生膨胀?距离太阳膨胀还有多少时间?太阳为什么会发生膨胀?想要知道这些,我们首先需要了解恒星的一生。

恒星的一生需要经历漫长的演化,分为星胚、主序星、红巨星和致密星四个阶段。
在上篇文章介绍恒星的诞生中,我们已经了解了星胚和主序星阶段的恒星,接下来我们将一起认识老年时期的恒星,红巨星和致密星。
在主序星阶段经过漫长的热核反应后,恒星中的氢元素已经全部聚变成氦元素,这时不再有核聚变产生的能量来支撑自重,很快恒星内核在自身重力下开始坍缩,随着核心收缩质量变大,温度和压力也逐渐变大。
当上升到1亿度时,氦开始聚变成碳,向外释放更多能量,使膨胀压大于自身重力,恒星开始膨胀变大,进入红巨星阶段。
这时,恒星的体积会增大数千倍。“流浪地球”中的太阳正是处于这个阶段。

而在现实中,我们不必担心,虽然太阳已经燃烧了50亿年,但目前所剩的氢含量仍然充足,预计还能再持续反应50亿年,所以太阳演变成红巨星的时期距离我们十分遥远。
前段时间关注度很高的参宿四目前就处于红巨星阶段。
当恒星膨胀变大,进入红巨星阶段时,其内核的核聚变依然在逐层级进行。对于太阳这种质量的恒星,聚变到碳就会停止,因为无法提供足够的能量。而对于大质量恒星,反应还在持续,当温度上升到10亿度时,碳也开始聚变,依次生成氧、氖、钠、镁...直到铁。

此时,红巨星的内核变成了一层一层的元素壳,它也几乎燃烧完了所有燃料,膨胀压再也无法与自身重力抗衡,在引力作用下,红巨星开始坍缩,气体壳与中心核相碰,发生反弹和爆发,这种现象被称为超新星爆发。
此时会有两种结果,一是恒星在爆炸后解体,成为一团弥漫的星际物质,这颗恒星就此消失;二是恒星的外壳在爆炸后膨胀形成星云,而中心核则被压成一个密度极高的星核,恒星进入致密星阶段。

恒星生命演化的各个阶段
根据恒星自身质量不同,最终形成的致密星可以分为以下几种:
1. 白矮星
当恒星内部的能量消耗完后,若其质量小于1.44倍太阳质量,就会变成白矮星。白矮星是一种体积小、亮度暗,但密度和质量极大的天体。
它的密度约为1000万吨/立方米,其表面的重力为地球的亿倍左右,任何物质在如此高的压力下都会被挤压粉碎,包括原子。
原子核外的电子都会脱离轨道,变成自由电子,这些自由电子充斥满原子核的周围,因此极大提高了星球的密度,这种状态被称为简并态。

白矮星
2. 中子星
当恒星内部的能量消耗完后,若其质量高于1.44倍但小于2倍太阳质量,就会变成中子星。中子星是一种密度更为巨大的天体,其半径只有几千米至几十千米,但质量却往往比太阳还大。
在这种巨大的压力下,电子直接被压入了原子核,变成中子。
中子星具有高温、超强磁场等特征,一颗自转的中子星会周期性地向外发生无线电波,因此被称为脉冲星。

中子星
3. 黑洞
当恒星内部的能量消耗完后,若其质量大于2倍太阳质量,就会变成黑洞。黑洞是宇宙中具有最大密度和超高质量的天体,它的引力强到连光线都无法从内部逃脱,以至其对外不可见。在如此巨大的引力下,中子也会被撕碎,变成更基本的粒子。

黑洞
对于如此神秘的黑洞,后面我会单独出一期文章来介绍,大家敬请关注。
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